論文の概要: Energy Inference of Black-Box Quantum Computers Using Quantum Speed Limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.15472v1
• Date: Wed, 17 Dec 2025 14:16:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-18 17:06:27.022288
• Title: Energy Inference of Black-Box Quantum Computers Using Quantum Speed Limit
• Title（参考訳）: 量子速度制限を用いたブラックボックス量子コンピュータのエネルギー推定
• Authors: Nobumasa Ishida, Yoshihiko Hasegawa,
• Abstract要約: クラウドベースの量子コンピュータは、基盤となるハミルトンのようなハードウェアレベルの情報へのアクセスをユーザーに提供していない。 このようなブラックボックス量子プロセッサにおいて,ユーザアクセス可能なデータのみを用いてゲートハミルトニアンのエネルギースケールを推定する手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3867363075280543
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Cloud-based quantum computers do not provide users with access to hardware-level information such as the underlying Hamiltonians, which obstructs the characterization of their physical properties. We propose a method to infer the energy scales of gate Hamiltonians in such black-box quantum processors using only user-accessible data, by exploiting quantum speed limits. Specifically, we reinterpret the Margolus-Levitin and Mandelstam-Tamm bounds as estimators of the energy expectation value and variance, respectively, and relate them to the shortest time for the processor to orthogonalize a quantum state. This shortest gate time, expected to lie on the nanosecond scale, is inferred from job execution times measured in seconds by employing gate-time amplification. We apply the method to IBM's superconducting quantum processor and estimate the energy scales associated with single-, two-, and three-qubit gates. The order of estimated energy is consistent with typical drive energies in superconducting qubit systems, suggesting that current gate operations approach the quantum speed limit. Our results demonstrate that fundamental energetic properties of black-box quantum computers can be quantitatively accessed through operational time measurements, reflecting the conjugate relationship between time and energy imposed by the uncertainty principle.
• Abstract（参考訳）: クラウドベースの量子コンピュータは、基盤となるハミルトンのようなハードウェアレベルの情報へのアクセスを提供していない。 本研究では, ユーザアクセス可能なデータのみを用いて, ゲートハミルトニアンのエネルギースケールを推定する手法を提案する。 具体的には、Margolus-Levitin と Mandelstam-Tamm 境界をそれぞれエネルギー予測値と分散の推定子として解釈し、それらをプロセッサが量子状態を直交する最も短い時間に関連付ける。 この最短ゲート時間をナノ秒スケールで予測し、ゲート時間増幅を用いて秒単位のジョブ実行時間から推定する。 本手法をIBMの超伝導量子プロセッサに適用し,1,2,3キュービットゲートに付随するエネルギースケールを推定する。 推定エネルギーの順序は超伝導量子ビット系の典型的な駆動エネルギーと一致しており、現在のゲート演算が量子速度限界に近づくことを示唆している。 その結果,ブラックボックス量子コンピュータの基本エネルギー特性は,不確実性原理による時間とエネルギーの共役関係を反映して,操作時間測定によって定量的にアクセス可能であることが示された。

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